本市は、島原半島の北西部に雲仙普賢岳を取り巻くように位置しており、北岸は有明海に、西岸は橘湾に面している。
地勢は、雲仙山系の険しい山地と、それに連なる丘陵地、及び海岸沿いに広がる平野部からなり、東西17km、南北24kmとなっている。
総面積(令和6年1月1日現在)は214.31平方キロメートルで、県全体(4,131.06平方キロメートル)の5.2%を占めている。また、気候については、温暖多雨の恵まれた条件にある。
本市の位置する地域は、橘湾や有明海を望む美しい海岸線や、普賢岳、雲仙地獄といった雄大な自然環境を有しており、日本最初の国立公園である雲仙天草国立公園及び島原半島県立公園に指定されている。